WO2007020128A1 - Mechanical support device and measuring device comprising a mechanical support device - Google Patents

Mechanical support device and measuring device comprising a mechanical support device Download PDF

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WO2007020128A1
WO2007020128A1 PCT/EP2006/063802 EP2006063802W WO2007020128A1 WO 2007020128 A1 WO2007020128 A1 WO 2007020128A1 EP 2006063802 W EP2006063802 W EP 2006063802W WO 2007020128 A1 WO2007020128 A1 WO 2007020128A1
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carrier device
carrier
sensor
mechanical support
coil
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PCT/EP2006/063802
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Ewald Schmidt
Uwe Skultety-Betz
Michael Mahler
Ulli Hoffmann
Reiner Krapf
Christoph Wieland
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
    • H01Q9/04—Resonant antennas
    • H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
    • H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/15—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation specially adapted for use during transport, e.g. by a person, vehicle or boat
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
    • H01Q1/12—Supports; Mounting means
    • H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q7/00—Loop antennas with a substantially uniform current distribution around the loop and having a directional radiation pattern in a plane perpendicular to the plane of the loop

Definitions

  • the invention relates to a mechanical support device for at least one sensor plate of a device for transmitting and / or receiving electromagnetic RF signals, in particular an RF antenna for a radar device, which in a
  • Frequency range of about 1 - 5 GHz is operated.
  • RF sensors such as antennas, for devices intended to detect objects enclosed in a medium, such as conduits or pipes in walls, are generally optimized for transmitting and / or receiving radio frequency (RF) signals, such as radar signals .
  • a device has at least one sensor plate of a high-frequency sensor, which serves for example as an antenna and is fixed in a corresponding manner in a detector.
  • Such an antenna in plannarer embodiment is known from DE 10104863 Al.
  • This known planar antenna is fixed with high mechanical stability on a printed circuit board and produces a relatively symmetrical directional diagram with largely reduced secondary maxima or side lobes.
  • the antenna consists of an electrically conductive plate, which has two angled side sections on opposite edges, which serve as line arms for coupling the antenna to a feed network.
  • the side sections of the antenna serve as a mechanical fixation of the plannar antenna on a printed circuit board.
  • DE 10239431 A1 discloses a locating device, in particular a hand-held locating device for detecting inclusions, preferably in walls, ceilings and / or floors, with at least one capacitive sensor device surrounded by a housing, wherein at least one measuring capacitor of the capacitive sensor device has a first Has electrode having a parallel to a housing wall extending portion which is pressed flat against an inner side of a housing wall.
  • the device of DE 10239431 A1 has a mechanical spacer for the first electrode, which defines and fixes the distance of the electrode to the housing wall.
  • the inventive mechanical support device for at least one sensor plate, a device for transmitting and / or receiving electromagnetic RF signals, for example an antenna element, is advantageously designed as a winding body of at least one coil of an inductive sensor.
  • Such a design of a mechanical support element for at least one sensor plate or an antenna element of a sensor enables the realization of a measuring device with multiple sensors, in which a compact, mechanically stable sensor arrangement is ensured for a plurality of sensors.
  • a holder which serves both for mechanically fixing an antenna element and as a winding body of at least one coil of an inductive sensor, allows a cost reduction of the device, a simplified installation of the sensor, and an increased ease of service, since such a design of a mechanical support means easy interchangeability ensures the sensor head of the meter.
  • Multiple sensor sensors such as those used to locate objects trapped in a medium, have a plurality of different sensors to be mounted in the housing of the meter. When locating objects enclosed in a medium, measuring devices with multiple sensors have distinct advantages.
  • each sensor Due to the special mechanical design of the carrier device, each sensor has the same measuring location, which allows a more accurate statement about the detected detected object, without the sensors must be calibrated or calibrated with each other.
  • At least one conductor loop system serving as a coil surrounds the carrier element in the circumferential direction of the carrier device.
  • the coil which is part of an inductive sensor of a measuring device, can be designed as a conventional, wound coil or, for example, also as a print coil, in which a conductive conductor loop system takes over the function of the coil windings.
  • a plurality of conductor loop systems serving as coils are arranged concentrically to an axis of symmetry of the support device.
  • the conductor loop systems can be arranged in the axial direction of the axis of symmetry, in particular one above the other offset in height, with a defined spacing.
  • the symmetry axis of the carrier device and thus the axis of symmetry of the conductor loop systems of the inductive sensor corresponds to the emission direction of at least one antenna element or sensor plate
  • this is mechanically connected to a carrier board on which further electronic components and at least one further sensor element are arranged.
  • this is designed such that it serves as a guide element at least one connecting axis of two rolling elements.
  • the wheel axles of a movable measuring device can be guided by means of the mechanical support device for the sensor plate.
  • the mechanical support device is substantially tubular, for example with a rectangular cross-section, so that at least one sensor plate of the RF sensor, for example an antenna element of a high-frequency sensor can be mounted in the interior of the carrier device and at least one coil element of an inductive sensor outside the interior can be arranged.
  • the guide can then be provided and designed for corresponding axes of rolling elements of the measuring device.
  • each sensor of the measuring device has the same measuring location, which allows a more accurate statement about detected objects.
  • the combination of different sensor principles in a measuring device with multiple sensors allows, in addition to the pure location of an enclosed object, beyond a material identification of the detek believing object and, for example, in electrical lines, the extraction of information about the voltage state of the line.
  • the high-frequency location with the help of one or more antenna elements and the resulting depth estimate for an enclosed object is much more accurate, since the high-frequency location due to the measurement results of the other existing sensors in the meter, can adjust to the type of material of the detected object.
  • the sensor technology of the measuring device can be fixed in a measuring device via simple connection techniques, such as, for example, soldering, plugging, screws or the like.
  • the wheel axes of the measuring device which for example also supply a displacement transducer for the measuring device with a corresponding path signal, can be guided via the mechanical carrier device of the sensor elements and thus stabilized.
  • Such a mechanical support device which serves the precise arrangement of various different sensors, as well as a guide element for wheel axles of a movable measuring device, allows a compact, mechanically stable sensor arrangement, which is also easy to service, since it is easily replaceable.
  • a compact measuring device with multiple sensors in particular such a hand-held device can be realized, in which the individual sensors advantageously have the same measuring location.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the mechanical support device according to the invention in a perspective overview
  • FIG. 2 shows the exemplary embodiment of the mechanical support device according to FIG. 1 in a side view
  • FIG. 3 shows a plan view of the mechanical support device in a simplified, schematic representation
  • FIG. 4 shows a section along the axis AA 'in FIG. 3 for a further embodiment of the mechanical support device according to the invention
  • Figure 5 shows another embodiment of the mechanical support means in a
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the mechanical support device in a schematic sectional representation along the axis AA 'in FIG. 3,
  • FIG. 7 shows a further exemplary embodiment of a mechanical carrier device in a schematic perspective overall representation
  • FIG. 8 shows an exemplary embodiment of a measuring device according to the invention. Description of embodiments
  • Figure 1 shows a first embodiment of a mechanical according to the invention
  • the carrier device is a body 12 made of a non-metallic material, such as a plastic or another corresponding material.
  • the support body 12 which is formed in the embodiment of Figures 1 and 2 as a plastic body, for example, produced by injection molding, is substantially tubular and has in the illustrated embodiment has a square cross-section. Other cross-sectional shapes are also conceivable.
  • In the interior 14 of the plastic body 12 are holding elements 16 for sensor plates 18 of - -
  • High frequency sensor system formed.
  • the assembly of the sensor plates 18, which form, for example, antenna elements of a radar sensor, can be done by pressing, injecting or hanging with pressing the sheets to the holder.
  • the plastic body 12 of the mechanical support means is arranged on a carrier board 20, for example glued or clipped on this.
  • a carrier board 20 On this carrier board 20 may be located in an advantageous manner further electronic components of the sensor and in particular also other sensors.
  • the carrier body 12 may be electrically contacted with the carrier board 20 via corresponding contact means
  • the plastic body 12 of the mechanical support device 10 On its outer side 22, the plastic body 12 of the mechanical support device 10 has a plurality of circumferential, flat webs 24.
  • the symmetry axis Z corresponds essentially to the
  • the mechanical support device 10 is used as a winding body.
  • a plurality of coils transmitting or receiving coils.
  • the respective intermediate space 26 between two vertically offset webs 24 serves in the described embodiment of the mechanical support means as a winding body for the windings of a coil of an inductive sensor.
  • the plastic body 12 of the mechanical support device 10 is also designed as a guide for axes 28 of a measuring device, not shown in detail in Figures 1 to 7, in particular a hand-held, movable locating device (see Figure 8).
  • the axes 28 can be arranged at the ends of pairs of rolling elements, such as wheels, are guided in a gap 27 of the circumferential webs 24.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of the mechanical support device 10 in a schematic plan view.
  • the carrier body 12 In the interior 14 of the carrier body 12 four, substantially triangular shape having sensor plates 18 are arranged, which is a dual-polarized Antenna, in particular in star-funnel shape form.
  • On the outer side 22 of the plastic body 12 corresponding receptacles 24,26 are formed, which serve as a bobbin for the coils of an additional inductive sensor.
  • the carrier body 12 of the mechanical support device 10 guide elements 26,27 for the axes 28, with which a measuring device in which the mechanical support device 10 according to the invention is used in the direction of arrows 30 can move, for example, moved over a wall leaves.
  • additional sensors such as a capacitive sensor can be arranged.
  • Support means 10 there are various possibilities, some of which are illustrated by way of example and not exhaustively in the figures 4 to 6.
  • the carrier body 12 of the mechanical carrier device 10 is fixed on a carrier board 20.
  • It may be an arrangement of two transmitting coils and a receiving coil or two receiving coils and a transmitting coil.
  • the peculiarity of the arrangement of these three coils 32, 34 and 36 is that all three are arranged concentrically to the common axis Z.
  • two transmit coils they are fed by their respective transmitters with alternating currents of opposite phase.
  • the first transmitting coil in the receiving coil induces a flux similar to that of the second
  • Transmitting coil in the receiving coil induced flux is directed in opposite directions. Both fluxes induced in the receiver coil thus compensate each other, so that the receiver does not detect a received signal in the receiver coil if there is no external, metallic object in the vicinity of the coil arrangement.
  • the three coils, 32, 34 and 36 thus form an inductive sensor in compensation circuit.
  • FIG. 5 shows a second exemplary embodiment of the arrangement of the coils on the carrier body 12 of the mechanical carrier device 10.
  • the coils 32 'and 34' are designed as classic winding coils, but the coil 36 'is in the form of a print coil on the carrier board 20 educated.
  • corresponding strip conductor structures which produce a conductor loop system, for example phototechnically on the carrier element 20 of the mechanical - o -
  • Carrier device 10 are formed.
  • the print coil 36 ' which is arranged on the carrier board 20, also as a coil with an air core or coil with a ferrite core and to arrange it on the carrier board.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of a sensor arrangement with the aid of the mechanical carrier device 10.
  • the coils 32 "and 36" are designed as print coils
  • additional capacitive sensor or for corresponding sensor surfaces of an additional sensor for AC detection can be integrated on one of the boards as well as on or in the carrier body 12 of the mechanical carrier device 10.
  • a sensor can be integrated in the carrier body 12 via a conductive element, such as a metal strip, for example, cast into it or clipped onto this carrier body.
  • the AC sensor is also formed symmetrically to the Z-axis of the arrangement.
  • two AC electrodes may be mounted in or on two opposite sides of the carrier body 12.
  • the coils on the boards can always be designed in principle as a print coil or as coils with air core or coils with ferrite core.
  • a finished wound coil for inductive sensors on the additional board 38.
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment of the mechanical support device 10, in which the
  • the carrier body 12 the mechanical carrier device 10 which may be made of a plastic, for example, is in turn formed as a coil body for coils of an inductive sensor and carries in its interior sensor plates 18 an antenna arrangement of a radar sensor, in particular a UWB (ultra-wide band) radar sensor.
  • the sensor sheets 18 are stamped sheet metal parts, however, can also be made of a different material by means of another manufacturing method.
  • On the carrier board 20 is also sufficient space for both a capacitive sensor 40, an AC voltage detector, as well as for other coils (print coils or finished wound coils) of the inductive sensor of the measuring head.
  • the alternating voltage detector may, for example, also be mounted directly in or on the carrier body 12 in the manner described.
  • the optional additional board 38 is also firmly connected to the carrier body 12 of the mechanical support means 10, so that in turn an accurate positioning and easy mounting of the additional board and thus the additional sensors arranged on it is made possible.
  • the carrier board 20 can be arranged and fixed in the interior of the housing of a corresponding measuring device via corresponding holding elements, for example latching elements 42, as shown in FIG.
  • FIG. 8 shows a hand-held locating device 80 for detecting objects enclosed in a medium with a multiple sensor system, as an exemplary embodiment of a measuring device according to the invention.
  • the multiple sensors are positioned and fixed in the interior of the device via the mechanical support device 10 according to the invention.
  • the housing 44 of this locating device is movable in two preferred, opposite directions of movement 46 and 48, which extend perpendicular to a longitudinal extent 50 of the housing 44 of the measuring device.
  • the locating device 80 has four wheels designed as wheels
  • Rolling elements 52, 54, 56 and 58 which are arranged in the longitudinal extent 50 of the device at opposite end faces 60 and 62, in the transverse extent of the device in its outer region.
  • the respective rolling elements 52 and 58 or 54 and 56, which lie opposite one another in the longitudinal extension 50, are connected to one another in a rotationally fixed manner via rigid axles 28, the rigid axles 28 being guided by the mechanical support device 10 such that it serves as an axis guide for the movable device 80 ,
  • the locating device 80 has a sensor unit with in particular two sensors with which the motion characteristics can be detected.
  • segment wheels are mounted on the axes 28 in a manner not shown, which move in fork light barriers, so that the direction of movement of the device can be detected.
  • the housing 44 of the measuring device 80 has on its cover side 68 a holding device 70 formed by a bow-shaped handle 82.
  • the holding device 70 extends in the longitudinal extent 50 of the housing 44. With the aid of this holding device 70 and the wheels 52, 54, 56 and 58, the measuring device over the surface of a to be examined
  • Be moved medium for example, a wall, a floor or a ceiling.
  • the holding device 70 At its one end facing a graphic display 72, the holding device 70 has a first operating element 74 with which a corresponding measuring process for locating an enclosed object can be started or ended. Between the holding device 70 and the screen 72 formed as a graphical display of the device, a keypad 76 is arranged, which has various measuring buttons 78, 81, 82, with which, for example, different sensors of the multiple sensors of the meter can be switched on or off.
  • the mechanical support device 10 according to the invention on which the multiple sensor system is arranged, is arranged in the head part 84 of the measuring device facing away from the holding element 70 and shown only schematically in dashed lines in FIG.
  • the sensor plates 18 of the high-frequency sensor are aligned with the underside of the housing 44 hidden in FIG. 8, so that the axis of symmetry Z of the mechanical carrier device 10, which is equal to the emission direction of the antenna arrangement, is aligned with the plane of the drawing in FIG 86 should be indicated in Figure 8.
  • the measuring device according to the invention in particular such a hand-held locating device for
  • Detection of objects enclosed in a medium has a multiple sensor system, in particular a high-frequency sensor system, for example one or more radar antennas in a frequency range between approximately 1 and 5 GHz.
  • the measuring device according to the invention has an inductive sensor for locating metallic objects.
  • the high-frequency sensor plates and the coil arrangements of the inductive sensor are positioned by a mechanical carrier device relative to each other and also as a whole as a multi-sensor unit in the housing of the measuring device.
  • the mechanical carrier device can be mounted directly on a carrier board of the measuring device, which has further electronic control elements for operating the measuring device.
  • sensors such as capacitive sensors, mains voltage detectors, the capacitive and passive, ie without generating an electric field, can detect the AC voltage field of a mains voltage line, as well as a or
  • a plurality of capacitive high-frequency detectors can be arranged on corresponding receptacles of the mechanical support device 10 or an associated support board such that each sensor of this multiple sensor system has the same measurement location, which leads to a more accurate statement about the detected, detected object.
  • the mechanical support device according to the invention and a corresponding measuring device, in particular a locating device with a mechanical support device according to the invention, are not restricted to the exemplary embodiments listed in the drawings and the description.
  • such a measuring device is not limited to the different sensor types shown in the exemplary embodiments.
  • Other sensors such as infrared sensors, ultrasonic sensors or the like may also be integrated on or in the mechanical support means.

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Abstract

The invention relates to a mechanical support device (10) for at least one sensor plate, for example an antenna element (18) in a device for transmitting and/or receiving electromagnetic high-frequency signals. According to the invention, the support device (10) is configured as a coil form (24, 26) of at least one winding (32, 32', 32'; 34, 34', 34'; 36, 36', 36') in an inductive sensor. In addition, the invention relates to a measuring device comprising multiple sensors, in particular a locating device (80) for detecting objects that are enclosed in a medium, said measuring device having at least one support device (10) of this type.

Description

Mechanische Trägereinrichtung sowie Messgerät mit einer mechanischen TrägereinrichtungMechanical support device and measuring device with a mechanical support device
Die Erfindung geht aus von einer mechanischen Trägereinrichtung für zumindest ein Sensorblech einer Vorrichtung zum Senden und / oder Empfangen elektromagnetischer HF- Signale, insbesondere einer HF-Antenne für eine Radareinrichtung, welche in einemThe invention relates to a mechanical support device for at least one sensor plate of a device for transmitting and / or receiving electromagnetic RF signals, in particular an RF antenna for a radar device, which in a
Frequenzbereich von ca. 1 - 5 GHz betrieben wird.Frequency range of about 1 - 5 GHz is operated.
Stand der TechnikState of the art
HF-Sensoren, wie beispielsweise Antennen, für Einrichtungen, welche zur Detektion von in einem Medium eingeschlossenen Objekten, wie Leitungen oder Rohren in Wänden, bestimmt sind, werden im Allgemeinen auf das Senden und / oder Empfangen hochfrequenter (HF) Signale, beispielsweise Radarsignale optimiert. Dazu weist eine derartige Vorrichtung zumindest ein Sensorblech eines Hochfrequenzsensors auf, welches beispielsweise als Antenne dient und in entsprechender Weise in einem Detektor fixiert ist.RF sensors, such as antennas, for devices intended to detect objects enclosed in a medium, such as conduits or pipes in walls, are generally optimized for transmitting and / or receiving radio frequency (RF) signals, such as radar signals , For this purpose, such a device has at least one sensor plate of a high-frequency sensor, which serves for example as an antenna and is fixed in a corresponding manner in a detector.
Eine derartige Antenne in plannarer Ausführung ist aus der DE 10104863 Al bekannt. Diese bekannte plannare Antenne ist mit hoher mechanischer Stabilität auf einer Leiterplatte fixiert und erzeugt ein relativ symmetrisches Richtdiagramm mit weitgehend reduzierten Nebenmaxima bzw. Nebenkeulen. Die Antenne besteht aus einer elektrisch leitenden Platte, welche an einander gegenüber liegenden Rändern zwei abgewinkelte Seitenabschnitte aufweist, die als Leitungsarme zur Ankopplung der Antenne an ein Speisenetzwerk dienen. Darüber hinaus dienen die Seitenabschnitte der Antenne als mechanische Fixierung der plannaren Antenne auf einer Leiterplatte.Such an antenna in plannarer embodiment is known from DE 10104863 Al. This known planar antenna is fixed with high mechanical stability on a printed circuit board and produces a relatively symmetrical directional diagram with largely reduced secondary maxima or side lobes. The antenna consists of an electrically conductive plate, which has two angled side sections on opposite edges, which serve as line arms for coupling the antenna to a feed network. In addition, the side sections of the antenna serve as a mechanical fixation of the plannar antenna on a printed circuit board.
Aus der DE 10239431 Al ist ein Ortungsgerät, insbesondere ein handgehaltenes Ortungsgerät zur Detektion von Einschlüssen, vorzugsweise in Wänden, Decken und / oder Böden bekannt, mit mindestens einer von einem Gehäuse umgebenen kapazitiven Sensorvorrichtung, wobei zumindest ein Messkondensator der kapazitiven Sensor- Vorrichtung eine erste Elektrode besitzt, die einen parallel zu einer Gehäusewand verlaufenden Abschnitt aufweist, der plan gegen eine Innenseite einer Gehäusewand gedrückt ist. Dazu besitzt die Vorrichtung der DE 10239431 Al einen mechanischen Abstandshalter für die erste Elektrode, der den Abstand der Elektrode zu der Gehäusewand definiert und fixiert.DE 10239431 A1 discloses a locating device, in particular a hand-held locating device for detecting inclusions, preferably in walls, ceilings and / or floors, with at least one capacitive sensor device surrounded by a housing, wherein at least one measuring capacitor of the capacitive sensor device has a first Has electrode having a parallel to a housing wall extending portion which is pressed flat against an inner side of a housing wall. For this purpose, the device of DE 10239431 A1 has a mechanical spacer for the first electrode, which defines and fixes the distance of the electrode to the housing wall.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße mechanische Trägereinrichtung für zumindest ein Sensorblech, einer Vorrichtung zum Senden und / oder Empfangen elektromagnetischer HF-Signale, beispielsweise ein Antennenelement, ist in vorteilhafter Weise als Wickelkörper zumindest einer Spule eines induktiven Sensors ausgebildet.Advantages of the invention The inventive mechanical support device for at least one sensor plate, a device for transmitting and / or receiving electromagnetic RF signals, for example an antenna element, is advantageously designed as a winding body of at least one coil of an inductive sensor.
Eine derartige Ausbildung eines mechanischen Trägerelements für zumindest ein Sensorblech bzw. ein Antennenelement eines Sensors ermöglicht die Realisierung eines Messgeräts mit Mehrfachsensorik, bei dem eine kompakte, mechanisch stabile Sensoranordnung für eine Mehrzahl von Sensoren gewährleistet ist. Eine solche Halterung, die sowohl zur mechanischen Fixierung eines Antennenelements als auch als Wickelkörper zumindest einer Spule eines induktiven Sensors dient, ermöglicht eine Kostenreduktion des Gerätes, eine vereinfachte Montage der Sensorik, sowie eine erhöhte Servicefreundlichkeit, da eine derartige Ausbildung einer mechanischen Trägereinrichtung die leichte Austauschbarkeit des Sensorkopfs des Messgeräts gewährleistet.Such a design of a mechanical support element for at least one sensor plate or an antenna element of a sensor enables the realization of a measuring device with multiple sensors, in which a compact, mechanically stable sensor arrangement is ensured for a plurality of sensors. Such a holder, which serves both for mechanically fixing an antenna element and as a winding body of at least one coil of an inductive sensor, allows a cost reduction of the device, a simplified installation of the sensor, and an increased ease of service, since such a design of a mechanical support means easy interchangeability ensures the sensor head of the meter.
Messgeräte mit Mehrfachsensorik, wie sie beispielsweise zur Ortung von in einem Medium eingeschlossenen Objekten verwendet werden, besitzen eine Mehrzahl unterschiedlicher Sensoren, die im Gehäuse des Messgeräts anzuordnen sind. Bei der Ortung von in einem Medium eingeschlossenen Objekten besitzen Messgeräte mit einer Mehrfachsensorik deutliche Vorteile.Multiple sensor sensors, such as those used to locate objects trapped in a medium, have a plurality of different sensors to be mounted in the housing of the meter. When locating objects enclosed in a medium, measuring devices with multiple sensors have distinct advantages.
Durch die spezielle mechanische Ausgestaltung der Trägereinrichtung besitzt jeder Sensor den selben Messort, was eine genauere Aussage über das aufgefundene, detektierte Objekt ermöglicht, ohne dass die Sensoren untereinander abgeglichen oder kalibriert werden müssen.Due to the special mechanical design of the carrier device, each sensor has the same measuring location, which allows a more accurate statement about the detected detected object, without the sensors must be calibrated or calibrated with each other.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Messgeräts möglich.By the features listed in the dependent claims advantageous embodiments and developments of the measuring device according to the invention are possible.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trägereinrichtung umgibt zumindest ein als Spule dienendes Leiterschleifensystem das Trägerelement in Umfangsrichtung der Trägereinrichtung. Die Spule, die Bestandteil eines induktiven Sensors eines Messgerätes ist, kann als klassische, gewickelte Spule oder aber auch beispielsweise als eine Printspule ausgebildet sein, bei der ein leitfähiges Leiterschleifensystem die Funktion der Spulenwicklungen übernimmt. In vorteilhafter Weise sind bei der erfindungsgemäßen mechanischen Trägereinrichtung eine Mehrzahl von als Spulen dienenden Leiterschleifensystemen konzentrisch zu einer Symmetrieachse der Trägereinrichtung angeordnet.In an advantageous embodiment of the carrier device according to the invention, at least one conductor loop system serving as a coil surrounds the carrier element in the circumferential direction of the carrier device. The coil, which is part of an inductive sensor of a measuring device, can be designed as a conventional, wound coil or, for example, also as a print coil, in which a conductive conductor loop system takes over the function of the coil windings. Advantageously, in the case of the mechanical support device according to the invention, a plurality of conductor loop systems serving as coils are arranged concentrically to an axis of symmetry of the support device.
Dabei lassen sich die Leiterschleifensysteme in axialer Richtung der Symmetrieachse, insbesondere höhenversetzt übereinander, mit definiertem Abstand anordnen.In this case, the conductor loop systems can be arranged in the axial direction of the axis of symmetry, in particular one above the other offset in height, with a defined spacing.
In vorteilhafter Weise entspricht die Symmetrieachse der Trägereinrichtung und somit die Symmetrieachse der Leiterschleifensysteme des induktiven Sensors der Abstrahlungs- richtung zumindest eines Antennenelements bzw. SensorblechsIn an advantageous manner, the symmetry axis of the carrier device and thus the axis of symmetry of the conductor loop systems of the inductive sensor corresponds to the emission direction of at least one antenna element or sensor plate
Auf diese Weise wird für ein Messgerät mit einer derartigen, erfindungsgemäßen Trägereinrichtung eine optimale, technische Funktion realisiert, da alle Sensoren des Messgeräts denselben Messort besitzen.In this way, an optimal, technical function is realized for a measuring device with such a carrier device according to the invention, since all the sensors of the measuring device have the same measuring location.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Trägereinrichtung ist diese mechanisch mit einer Trägerplatine verbunden, auf der weitere elektronische Bauelemente sowie zumindest ein weiteres Sensorelement angeordnet sind.In an advantageous embodiment of the carrier device according to the invention this is mechanically connected to a carrier board on which further electronic components and at least one further sensor element are arranged.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen mechanischen Trägereinrichtung ist diese derart ausgebildet, dass sie als Führungselement zumindest einer Verbindungsachse zweier Wälzkörper dient. Auf diese Weise können beispielsweise die Radachsen eines verfahrbaren Messgeräts mit Hilfe der mechanischen Trägereinrichtung für das Sensorblech geführt werden.In an advantageous embodiment of the mechanical support device according to the invention this is designed such that it serves as a guide element at least one connecting axis of two rolling elements. In this way, for example, the wheel axles of a movable measuring device can be guided by means of the mechanical support device for the sensor plate.
In vorteilhafter Weise ist die mechanische Trägereinrichtung im Wesentlichen rohrförmig, beispielsweise mit einem rechteckigen Querschnitt, ausgebildet, sodass mindestens ein Sensorblech des HF-Sensors, beispielsweise ein Antennenelement eines Hochfrequenzsensors im Innenraum der Trägereinrichtung angebracht werden kann und zumindest ein Spulenelement eines induktiven Sensors außerhalb des Innenraums angeordnet werden kann.Advantageously, the mechanical support device is substantially tubular, for example with a rectangular cross-section, so that at least one sensor plate of the RF sensor, for example an antenna element of a high-frequency sensor can be mounted in the interior of the carrier device and at least one coil element of an inductive sensor outside the interior can be arranged.
Außerhalb dieses Innenraums der mechanischen Trägereinrichtung kann dann auch die Führung für entsprechende Achsen von Wälzkörpern des Messgerätes vorgesehen und ausgebildet sein.Outside this interior of the mechanical support device, the guide can then be provided and designed for corresponding axes of rolling elements of the measuring device.
Die erfindungsgemäße mechanische Trägereinrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise dieThe inventive mechanical support device advantageously allows the
Realisierung eines Messgeräts mit Mehrfachsensorik, bei dem durch die mechanische Gestaltung der Trägereinrichtung jeder Sensor des Messgeräts den selben Messort besitzt, was eine genauere Aussage über detektierte Objekte ermöglicht. Die Kombination von unterschiedlichen Sensorprinzipien in einem Messgerät mit Mehrfachsensorik erlaubt, neben der reinen Ortung eines eingeschlossenen Objekts, darüber hinaus eine Materialidentifikation des detekierten Objektes sowie, beispielsweise bei Elektroleitungen, die Gewinnung von Informationen über den Spannungszustand der Leitung. Darüber hinaus wird beispielsweise die Hochfrequenzortung mit Hilfe eines oder mehrerer Antennenelemente und die daraus resultierende Tiefenschätzung für ein eingeschlossene Objekt deutlich genauer, da sich die Hochfrequenzortung aufgrund der Messergebnisse der weiteren, im Messgerät vorhandenen Sensoren, auf die Materialart des detektierten Objekts einstellen kann.Realization of a measuring device with multiple sensors, in which, due to the mechanical design of the carrier device, each sensor of the measuring device has the same measuring location, which allows a more accurate statement about detected objects. The combination of different sensor principles in a measuring device with multiple sensors allows, in addition to the pure location of an enclosed object, beyond a material identification of the detekierten object and, for example, in electrical lines, the extraction of information about the voltage state of the line. In addition, for example, the high-frequency location with the help of one or more antenna elements and the resulting depth estimate for an enclosed object is much more accurate, since the high-frequency location due to the measurement results of the other existing sensors in the meter, can adjust to the type of material of the detected object.
Durch die erfindungsgemäße mechanische Trägereinrichtung ist die Sensorik des Messgeräts über einfache Verbindungstechniken, wie beispielsweise Löten, Stecken, Schrauben oder dergleichen in einem Messgerät zu fixieren.By means of the mechanical carrier device according to the invention, the sensor technology of the measuring device can be fixed in a measuring device via simple connection techniques, such as, for example, soldering, plugging, screws or the like.
Bei einem handgehaltenen, über die Oberfläche eines zu untersuchenden Mediums verfahrbaren Messgeräts können die Rad-Achsen des Messgeräts, welche beispielsweise auch einen Wegaufnehmer für das Messgerät mit einem entsprechenden Wegsignal versorgen, über die mechanische Trägereinrichtung der Sensorelemente geführt und somit stabilisiert werden.In the case of a hand-held measuring device which can be moved over the surface of a medium to be examined, the wheel axes of the measuring device, which for example also supply a displacement transducer for the measuring device with a corresponding path signal, can be guided via the mechanical carrier device of the sensor elements and thus stabilized.
Eine solche mechanische Trägereinrichtung, die der präzisen Anordnung diverser unterschiedlicher Sensoren, als auch als Führungselement für Radachsen eines beweglichen Messgeräts dient, ermöglicht eine kompakte, mechanisch stabile Sensoranordnung, die zudem servicefreundlich, da leicht austauschbar, ist. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Trägerelements lässt sich ein kompaktes Messgerät mit Mehrfachsensorik, insbesondere ein derartiges handgehaltenes Gerät realisieren, bei dem in vorteilhafter Weise die einzelnen Sensoren denselben Messort besitzen.Such a mechanical support device, which serves the precise arrangement of various different sensors, as well as a guide element for wheel axles of a movable measuring device, allows a compact, mechanically stable sensor arrangement, which is also easy to service, since it is easily replaceable. With the aid of the carrier element according to the invention, a compact measuring device with multiple sensors, in particular such a hand-held device can be realized, in which the individual sensors advantageously have the same measuring location.
Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Trägereinrichtung bzw. des erfindungsgemäßen Messgeräts sind in den nachfolgenden Zeichnungen sowie in der zugehörigen Beschreibung offenbart.Further advantages of the carrier device according to the invention and of the measuring device according to the invention are disclosed in the following drawings and in the associated description.
Zeichnungdrawing
In der Zeichnung sind einige Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Träger- einrichtung sowie eines erfindungsgemäßen Messgeräts dargestellt, die in der nachfolgendenIn the drawing, some embodiments of a carrier device according to the invention and a measuring device according to the invention are shown, which in the following
Beschreibung näher erläutert werden sollen. Die Figuren der Zeichnungen, derenDescription will be explained in more detail. The figures of the drawings, whose
Beschreibung sowie die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Ein Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln betrachten und zu weiteren, sinnvollen Kombinationen zusammenfassen.Description and claims contain numerous features in combination. One The person skilled in the art will also consider these features individually and combine them into further, meaningful combinations.
Es zeigen:Show it:
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen mechanischen Trägereinrichtung in einer perspektivischen Übersichtsdarstellung,FIG. 1 shows an exemplary embodiment of the mechanical support device according to the invention in a perspective overview,
Figur 2 das Ausfuhrungsbeispiel der mechanischen Trägereinrichtung gemäß Figur 1 in einer Seitenansicht,FIG. 2 shows the exemplary embodiment of the mechanical support device according to FIG. 1 in a side view,
Figur 3 eine Aufsicht auf die mechanische Trägereinrichtung in einer vereinfachten, schematischen Darstellung,FIG. 3 shows a plan view of the mechanical support device in a simplified, schematic representation,
Figur 4 einen Schnitt entlang der Achse AA' in Figur 3 für eine weiter Ausführungsform der erfindungsgemäßen mechanischen Trägereinrichtung,FIG. 4 shows a section along the axis AA 'in FIG. 3 for a further embodiment of the mechanical support device according to the invention,
Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel der mechanischen Trägereinrichtung in einerFigure 5 shows another embodiment of the mechanical support means in a
Schnittdarstellung entlang der Achse AA' in Figur 3,Sectional view along the axis AA 'in Figure 3,
Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der mechanischen Trägereinrichtung in einer schematischen Schnittdarstellung entlang der Achse AA' in Figur 3,FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of the mechanical support device in a schematic sectional representation along the axis AA 'in FIG. 3,
Figur 7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer mechanischen Trägereinrichtung in einer schematisierten perspektivischen Gesamtdarstellung,FIG. 7 shows a further exemplary embodiment of a mechanical carrier device in a schematic perspective overall representation,
Figur 8 ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Messgerät. Beschreibung AusführungsbeispieleFIG. 8 shows an exemplary embodiment of a measuring device according to the invention. Description of embodiments
Figur 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen mechanischenFigure 1 shows a first embodiment of a mechanical according to the invention
Trägereinrichtung 10. Bei der Trägereinrichtung handelt es sich um einen Körper 12 aus einem nichtmetallischen Werkstoff, wie beispielsweise einen Kunststoff oder einem anderen entsprechenden Material. Der Trägerkörper 12, der im Ausführungsbeispiels der Figuren 1 und 2 als Kunststoffkörper ausgeformt, beispielsweise in Spritzgusstechnik hergestellt ist, ist im Wesentlichen rohrförmig ausgebildet und besitzt in der dargestellten Ausführungsform einen quadratischen Querschnitt. Andere Querschnittsformen sind aber ebenso denkbar. Im Innenraum 14 des Kunststoffkörpers 12 sind Halteelemente 16 für Sensorbleche 18 der - -Carrier Device 10. The carrier device is a body 12 made of a non-metallic material, such as a plastic or another corresponding material. The support body 12, which is formed in the embodiment of Figures 1 and 2 as a plastic body, for example, produced by injection molding, is substantially tubular and has in the illustrated embodiment has a square cross-section. Other cross-sectional shapes are also conceivable. In the interior 14 of the plastic body 12 are holding elements 16 for sensor plates 18 of - -
Hochfrequenzsensorik ausgeformt. Die Montage der Sensorbleche 18, die beispielsweise Antennenelemente eines Radarsensors bilden, kann über Einpressen, Einspritzen oder Einhängen mit Verpressen der Bleche an der Halterung erfolgen.High frequency sensor system formed. The assembly of the sensor plates 18, which form, for example, antenna elements of a radar sensor, can be done by pressing, injecting or hanging with pressing the sheets to the holder.
Der Kunststoff körper 12 der mechanischen Trägereinrichtung ist auf einer Trägerplatine 20 angeordnet, beispielsweise auf dieser verklebt oder verclipst. Auf dieser Trägerplatine 20 können sich in vorteilhafter Weise weitere elektronische Bauelemente der Sensorik und insbesondere auch weitere Sensoren befinden. Zudem kann der Trägerkörper 12 mit der Trägerplatine 20 über entsprechende Kontaktmittel auch elektrisch kontaktiert seinThe plastic body 12 of the mechanical support means is arranged on a carrier board 20, for example glued or clipped on this. On this carrier board 20 may be located in an advantageous manner further electronic components of the sensor and in particular also other sensors. In addition, the carrier body 12 may be electrically contacted with the carrier board 20 via corresponding contact means
An seiner Außenseite 22 weist der Kunststoffkörper 12 der mechanischen Trägereinrichtung 10 eine Mehrzahl von umlaufenden, flächigen Stegen 24 auf. Die umlaufenden Stege, die in Umfangsrichtung am Kunststoffkörper 12 ausgebildet sind, weisen einen axialen Abstand in Richtung der in Figur 2 eingezeichneten Symmetrieachse Z der mechanischen Trägereinrichtung 10 auf. Die Symmetrieachse Z entspricht dabei im Wesentlichen derOn its outer side 22, the plastic body 12 of the mechanical support device 10 has a plurality of circumferential, flat webs 24. The circumferential webs, which are formed in the circumferential direction on the plastic body 12, have an axial distance in the direction of the drawn in Figure 2 symmetry axis Z of the mechanical support means 10. The symmetry axis Z corresponds essentially to the
Abstrahlungsrichtung des durch die Sensorbleche 18 gebildeten Hochfrequenzsensors, beispielsweise eines Radarsensors.Direction of radiation of the high frequency sensor formed by the sensor plate 18, for example a radar sensor.
Für eine vorgesehene induktive Sensorik eines Mehrfachmesskopfes wird die mechanischen Trägereinrichtung 10 als Wickelkörper verwendet. Bei einer derartige induktive Sensorik werden eine Mehrzahl von Spulen (Sende- bzw. Empfangsspulen) eingesetzt.For an intended inductive sensor of a multiple measuring head, the mechanical support device 10 is used as a winding body. In such an inductive sensor, a plurality of coils (transmitting or receiving coils) are used.
Der jeweilige Zwischenraum 26 zwischen zwei in der Höhe versetzten Stegen 24 dient bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der mechanischen Trägereinrichtung als Wickel- körper für die Wicklungen einer Spule eines induktiven Sensors.The respective intermediate space 26 between two vertically offset webs 24 serves in the described embodiment of the mechanical support means as a winding body for the windings of a coil of an inductive sensor.
Neben der Funktion als Wickelkörper für die induktive Sensorik ist der Kunststoffkörper 12 der mechanischen Trägereinrichtung 10 zudem als Führungshilfe für Achsen 28 eines in den Figuren 1 bis 7 nicht näher dargestellten Messgeräts, insbesondere eines handgehaltenen, verfahrbaren Ortungsgeräts (siehe Figur 8) ausgebildet. Dabei können die Achsen 28 an deren Enden paarweise Wälzkörper, beispielsweise Räder, angeordnet sein können, in einem Zwischenraum 27 der umlaufenden Stege 24 geführt werden.In addition to the function as a winding body for the inductive sensor, the plastic body 12 of the mechanical support device 10 is also designed as a guide for axes 28 of a measuring device, not shown in detail in Figures 1 to 7, in particular a hand-held, movable locating device (see Figure 8). In this case, the axes 28 can be arranged at the ends of pairs of rolling elements, such as wheels, are guided in a gap 27 of the circumferential webs 24.
Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der mechanischen Trägereinrichtung 10 in einer schematisierten Aufsicht. Im Innenraum 14 des Trägerkörpers 12 sind vier, im Wesentlichen eine dreieckige Form aufweisende Sensorbleche 18 angeordnet, die eine dual-polarisierte Antenne, insbesondere in Stern-Trichter-Form bilden. An der Außenseite 22 des Kunststoffkörpers 12 sind entsprechende Aufnahmen 24,26 ausgebildet, die als Wickelkörper für die Spulen einer zusätzlichen induktiven Sensorik dienen. Darüber hinaus weist der Trägerkörper 12 der mechanischen Trägereinrichtung 10 Führungselemente 26,27 für die Achsen 28 auf, mit denen sich ein Messgerät, in dem die erfindungsgemäße mechanische Trägereinrichtung 10 zum Einsatz kommt, in Richtung der Pfeile 30 verschieben lässt, beispielsweise über eine Wand verfahren lässt. Auf der Trägerplatine können zusätzliche Sensoren, wie beispielsweise ein kapazitiver Sensor angeordnet werden.FIG. 3 shows an exemplary embodiment of the mechanical support device 10 in a schematic plan view. In the interior 14 of the carrier body 12 four, substantially triangular shape having sensor plates 18 are arranged, which is a dual-polarized Antenna, in particular in star-funnel shape form. On the outer side 22 of the plastic body 12 corresponding receptacles 24,26 are formed, which serve as a bobbin for the coils of an additional inductive sensor. In addition, the carrier body 12 of the mechanical support device 10 guide elements 26,27 for the axes 28, with which a measuring device in which the mechanical support device 10 according to the invention is used in the direction of arrows 30 can move, for example, moved over a wall leaves. On the carrier board additional sensors, such as a capacitive sensor can be arranged.
Für die Anordnung der Spulen einer induktiven Sensorik auf oder an der mechanischenFor the arrangement of the coils of an inductive sensor on or at the mechanical
Trägereinrichtung 10 gibt es verschiedene Möglichkeiten, von denen einige exemplarisch und nicht abschließend in den Figuren 4 bis 6 dargestellt sind.Support means 10 there are various possibilities, some of which are illustrated by way of example and not exhaustively in the figures 4 to 6.
Im Ausführungsbeispiel einer erfϊndungsgemäßen Trägereinrichtung gemäß Figur 4 ist der Trägerkörper 12 der mechanischen Trägereinrichtung 10 auf einer Trägerplatine 20 fixiert.In the exemplary embodiment of a carrier device according to the invention according to FIG. 4, the carrier body 12 of the mechanical carrier device 10 is fixed on a carrier board 20.
In Umfangsrichtung des Trägerkörpers 12 sind drei Spulen 32, 34 sowie 36 in axialer Staffelung relativ zur Symmetrieachse Z der mechanischen Trägereinrichtung 10 übereinander angeordnet.In the circumferential direction of the carrier body 12, three coils 32, 34 and 36 in axial staggering relative to the axis of symmetry Z of the mechanical support means 10 are arranged one above the other.
Dabei kann es sich um eine Anordnung aus zwei Sendespulen sowie einer Empfangsspule bzw. auch zweier Empfangsspulen und einer Sendespule handeln. Die Besonderheit der Anordnung dieser drei Spulen 32, 34 und 36 besteht darin, dass alle drei konzentrisch zu der gemeinsamen Achse Z angeordnet sind. Bei Verwendung zweier Sendespulen werden diese von ihren jeweiligen Sendern mit Wechselströmen entgegengesetzter Phase gespeist. Damit induziert die erste Sendespule in der Empfangsspule einen Fluss, der dem von der zweitenIt may be an arrangement of two transmitting coils and a receiving coil or two receiving coils and a transmitting coil. The peculiarity of the arrangement of these three coils 32, 34 and 36 is that all three are arranged concentrically to the common axis Z. When using two transmit coils they are fed by their respective transmitters with alternating currents of opposite phase. Thus, the first transmitting coil in the receiving coil induces a flux similar to that of the second
Sendespule in der Empfangsspule induzierten Fluss entgegengesetzt gerichtet ist. Beide in der Empfangsspule induzierten Flüsse kompensieren sich somit gegenseitig, sodass der Empfänger kein Empfangssignal in der Empfangsspule detektiert, falls sich kein externer, metallischer Gegenstand in der Nähe der Spulenanordnung befindet. Die drei Spulen, 32, 34 sowie 36 bilden damit einen induktiven Sensor in Kompensationsschaltung.Transmitting coil in the receiving coil induced flux is directed in opposite directions. Both fluxes induced in the receiver coil thus compensate each other, so that the receiver does not detect a received signal in the receiver coil if there is no external, metallic object in the vicinity of the coil arrangement. The three coils, 32, 34 and 36 thus form an inductive sensor in compensation circuit.
Figur 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel für die Anordnung der Spulen am Trägerkörper 12 der mechanischen Trägereinrichtung 10. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 sind die Spulen 32' und 34' als klassische Wickelspulen ausgebildet, die Spule 36' ist jedoch als Printspule auf der Trägerplatine 20 ausgebildet. Dazu können entsprechende Leiterbahnenstrukturen, die ein Leiterschleifensystem erzeugen, beispielsweise phototechnisch auf dem Trägerelement 20 der mechanischen - o -5 shows a second exemplary embodiment of the arrangement of the coils on the carrier body 12 of the mechanical carrier device 10. In the exemplary embodiment according to FIG. 5, the coils 32 'and 34' are designed as classic winding coils, but the coil 36 'is in the form of a print coil on the carrier board 20 educated. For this purpose, corresponding strip conductor structures which produce a conductor loop system, for example phototechnically on the carrier element 20 of the mechanical - o -
Trägereinrichtung 10 ausgebildet werden. Alternativ wäre es möglich, die Print-Spule 36', die auf der Trägerplatine 20 angeordnet ist, ebenfalls als Spule mit einem Luftkern bzw. Spule mit Ferritkern auszubilden und auf der Trägerplatine anzuordnen.Carrier device 10 are formed. Alternatively, it would be possible to form the print coil 36 ', which is arranged on the carrier board 20, also as a coil with an air core or coil with a ferrite core and to arrange it on the carrier board.
Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Sensoranordnung mit Hilfe der mechanischen Trägereinrichtung 10. Im Ausführungsbeispiel der Figur 6 sind die Spulen 32" sowie 36" als Printspulen ausgebildet, die Spule 34" hingegen als klassische, gewickelte Spule. Dazu weist die Ausführungsform der mechanischen Trägereinrichtung 10 gemäß Figur 6 eine zur Trägerplatine 20 in axialer Richtung der Achse Z versetzte und parallel angeordnete Zusatzplatine 38 auf, auf der die Leiterschleifen der Spule 32" in Form von Printstrukturen ausgebildet sind.6 shows a further exemplary embodiment of a sensor arrangement with the aid of the mechanical carrier device 10. In the exemplary embodiment of FIG. 6, the coils 32 "and 36" are designed as print coils, whereas the coil 34 "is designed as a conventional, wound coil Carrier device 10 according to Figure 6 on the support plate 20 in the axial direction of the axis Z offset and arranged in parallel additional board 38, on which the conductor loops of the coil 32 "are formed in the form of print structures.
Auf der Zusatzplatine 38 befindet sich zudem hinreichend Platz für eine in Figur 6 nicht weiter dargestellte, zusätzliche kapazitive Sensorik bzw. auch für entsprechende Sensorflächen eines zusätzlichen Sensors zur Wechselspannungsdetektion. Ein AC-Sensor zur Detektion von 50/60 Hz Signalen kann sowohl auf einer der Platinen, als auch auf oder in dem Trägerkörper 12 der mechanischen Trägereinrichtung 10 integriert sein. So kann ein solcher Sensor beispielsweise über ein leitendes Element, wie einen Metallstreifen im Trägerkörper 12 integriert sein, beispielsweise in diesem eingegossen sein oder aber auch an diesem Trägerkörper angeclipst sein. In vorteilhafter Weise ist der AC-Sensor dabei ebenfalls symmetrisch zur Z-Achse der Anordnung ausgebildet. So können zwei AC- Elektroden in oder auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Trägerkörpers 12 anbgebracht sein.On the additional board 38 is also sufficient space for a not shown in Figure 6, additional capacitive sensor or for corresponding sensor surfaces of an additional sensor for AC detection. An AC sensor for detecting 50/60 Hz signals can be integrated on one of the boards as well as on or in the carrier body 12 of the mechanical carrier device 10. For example, such a sensor can be integrated in the carrier body 12 via a conductive element, such as a metal strip, for example, cast into it or clipped onto this carrier body. Advantageously, the AC sensor is also formed symmetrically to the Z-axis of the arrangement. Thus, two AC electrodes may be mounted in or on two opposite sides of the carrier body 12.
Bei allen dargestellten Ausführungsformen können die Spulen auf den Platinen prinzipiell immer als Printspulen oder aber auch als Spulen mit Luftkern oder Spulen mit Ferritkern ausgeführt sein. So ist es beispielsweise auch möglich, auf der Zusatzplatine 38 eine fertig gewickelte Spule für eine induktive Sensorik anzuordnen.In all the illustrated embodiments, the coils on the boards can always be designed in principle as a print coil or as coils with air core or coils with ferrite core. For example, it is also possible to arrange a finished wound coil for inductive sensors on the additional board 38.
Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel der mechanischen Trägereinrichtung 10, bei dem dieFIG. 7 shows an exemplary embodiment of the mechanical support device 10, in which the
Trägereinrichtung zwischen zwei im Wesentlichen parallel angeordneten Platinen 20 bzw. 38 angeordnet ist. Der Trägerkörper 12, der mechanischen Trägereinrichtung 10, der beispielsweise aus einem Kunststoff bestehen kann, ist dabei wiederum als Wickelkörper für Spulen einer induktiven Sensorik ausgebildet und trägt in seinem Inneren Sensorbleche 18 einer Antennenanordnung eines Radarsensors, insbesondere einen UWB (ultra - wide - band) Radarsensors. Die Sensorbleche 18 sind Blechstanzteile können jedoch auch aus einem anderen Material mittels eines anderen Herstellungsverfahren gefertigt sein. Auf der Trägerplatine 20 befindet sich darüber hinaus hinreichend Platz sowohl für eine kapazitive Sensorik 40, einen Wechselspannungsdetektor, als auch für weitere Spulen (Printspulen oder fertig gewickelte Spulen) der induktiven Sensorik des Messkopfes. Der Wechsespannungsdetektor kann aber beispielsweise auch in beschriebener Weise direkt in oder an dem Trägerkörper 12 angebracht sein.Carrier device between two substantially parallel boards arranged 20 and 38 is arranged. The carrier body 12, the mechanical carrier device 10, which may be made of a plastic, for example, is in turn formed as a coil body for coils of an inductive sensor and carries in its interior sensor plates 18 an antenna arrangement of a radar sensor, in particular a UWB (ultra-wide band) radar sensor. The sensor sheets 18 are stamped sheet metal parts, however, can also be made of a different material by means of another manufacturing method. On the carrier board 20 is also sufficient space for both a capacitive sensor 40, an AC voltage detector, as well as for other coils (print coils or finished wound coils) of the inductive sensor of the measuring head. The alternating voltage detector may, for example, also be mounted directly in or on the carrier body 12 in the manner described.
Die optionale Zusatzplatine 38 wird mit dem Trägerkörper 12 der mechanischen Trägereinrichtung 10 ebenfalls fest verbunden, so dass wiederum eine genaue Positionierung und eine einfache Montage der Zusatzplatine und somit der auf ihr angeordneten zusätzlichen Sensoren ermöglicht wird.The optional additional board 38 is also firmly connected to the carrier body 12 of the mechanical support means 10, so that in turn an accurate positioning and easy mounting of the additional board and thus the additional sensors arranged on it is made possible.
Die Trägerplatine 20 kann über entsprechende Halteelemente, beispielsweise Rastelemente 42, wie sie in Figur 2 dargestellt sind, im Inneren des Gehäuses eines entsprechenden Messgeräts angeordnet und fixiert werden.The carrier board 20 can be arranged and fixed in the interior of the housing of a corresponding measuring device via corresponding holding elements, for example latching elements 42, as shown in FIG.
Figur 8 zeigt ein handgehaltenes Ortungsgerät 80 zur Detektion von in einem Medium eingeschlossenen Objekten mit einer Mehrfachsensorik, als ein Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Messgerät. In einem solchem Messgerät ist die Mehrfachsensorik über die erfindungsgemäße mechanische Trägereinrichtung 10 im Geräteinneren positioniert und fixiert.FIG. 8 shows a hand-held locating device 80 for detecting objects enclosed in a medium with a multiple sensor system, as an exemplary embodiment of a measuring device according to the invention. In such a measuring device, the multiple sensors are positioned and fixed in the interior of the device via the mechanical support device 10 according to the invention.
Das Gehäuse 44 dieses Ortungsgeräts ist in zwei bevorzugte, entgegengesetzte Bewegungsrichtungen 46 bzw. 48 verfahrbar, die senkrecht zu einer Längserstreckung 50 des Gehäuses 44 des Messgerätes verlaufen. Das Ortungsgerät 80 besitzt vier als Räder ausgebildeteThe housing 44 of this locating device is movable in two preferred, opposite directions of movement 46 and 48, which extend perpendicular to a longitudinal extent 50 of the housing 44 of the measuring device. The locating device 80 has four wheels designed as wheels
Wälzkörper 52, 54, 56 und 58, die in Längserstreckung 50 des Gerätes an gegenüber liegenden Stirnseiten 60 bzw. 62, in Quererstreckung des Gerätes in dessen äußerem Bereich angeordnet sind. Die sich jeweils in Längserstreckung 50 gegenüber liegenden Wälzkörper 52 und 58 bzw. 54 und 56 sind über starre Achsen 28 drehfest miteinander verbunden, wobei die starren Achsen 28 derart durch die mechanische Trägereinrichtung 10 geführt sind, dass diese als Achsenführung für das verfahrbare Gerät 80 dient.Rolling elements 52, 54, 56 and 58, which are arranged in the longitudinal extent 50 of the device at opposite end faces 60 and 62, in the transverse extent of the device in its outer region. The respective rolling elements 52 and 58 or 54 and 56, which lie opposite one another in the longitudinal extension 50, are connected to one another in a rotationally fixed manner via rigid axles 28, the rigid axles 28 being guided by the mechanical support device 10 such that it serves as an axis guide for the movable device 80 ,
Zur Aufnahme von Bewegungskenngrößen weist das Ortungsgerät 80 eine Sensoreinheit mit insbesondere zwei Sensoren auf, mit denen die Bewegungskenngrößen erfassbar sind. Dazu sind auf die Achsen 28 in nicht näher dargestellter Weise Segmenträder aufgesteckt, die sich in Gabellichtschranken bewegen, so dass die Bewegungsrichtung des Gerätes detektiert werden kann. Das Gehäuse 44 des Messgeräts 80 weist an seiner Deckseite 68 eine von einem bügeiförmigen Griff 82 gebildete Halteeinrichtung 70 auf. Die Halteeinrichtung 70 verläuft in Längserstreckung 50 des Gehäuses 44. Mit Hilfe dieser Halteeinrichtung 70 und der Räder 52, 54, 56 und 58 kann das Messgerät über die Oberfläche eines zu untersuchendenTo record motion characteristics, the locating device 80 has a sensor unit with in particular two sensors with which the motion characteristics can be detected. For this purpose, segment wheels are mounted on the axes 28 in a manner not shown, which move in fork light barriers, so that the direction of movement of the device can be detected. The housing 44 of the measuring device 80 has on its cover side 68 a holding device 70 formed by a bow-shaped handle 82. The holding device 70 extends in the longitudinal extent 50 of the housing 44. With the aid of this holding device 70 and the wheels 52, 54, 56 and 58, the measuring device over the surface of a to be examined
Mediums, beispielsweise einer Wand, eines Bodens oder einer Decke verfahren werden.Be moved medium, for example, a wall, a floor or a ceiling.
An seinem einen, einem graphischen Display 72 zugewendetem Ende weist die Halteeinrichtung 70 ein erstes Bedienelement 74 auf, mit dem ein entsprechender Messvorgang zur Ortung eines eingeschlossenen Objektes gestartet bzw. beendet werden kann. Zwischen der Halteeinrichtung 70 und dem als graphischen Display ausgebildeten Bildschirm 72 des Geräts ist ein Tastenfeld 76 angeordnet, welches über verschiedene Messtasten 78, 81, 82 verfügt, mit denen beispielsweise unterschiedliche Sensoren der Mehrfachsensorik des Messgeräts hinzu- bzw. abgeschaltet werden können.At its one end facing a graphic display 72, the holding device 70 has a first operating element 74 with which a corresponding measuring process for locating an enclosed object can be started or ended. Between the holding device 70 and the screen 72 formed as a graphical display of the device, a keypad 76 is arranged, which has various measuring buttons 78, 81, 82, with which, for example, different sensors of the multiple sensors of the meter can be switched on or off.
Die erfindungsgemäße mechanische Trägereinrichtung 10, an welcher die Mehrfachsensorik angeordnet ist, ist in dem dem Halteelement 70 abgewandten Kopfteil 84 des Messgeräts angeordnet und in Figur 8 nur schematisch gestrichelt wiedergegeben. Dabei sind die Sensorbleche 18 des Hochfrequenzsensors auf die in Figur 8 verdeckte Unterseite des Gehäuses 44 ausgerichtet, sodass die Symmetrieachse Z der mechanischen Trägereinrichtung 10, welche gleich der Abstrahlungsrichtung der Antennenanordnung ist, in die Zeichenebene der Figur 8 hinein ausgerichtet, wie dies mit dem Bezugszeichen 86 in Figur 8 angedeutet sein soll.The mechanical support device 10 according to the invention, on which the multiple sensor system is arranged, is arranged in the head part 84 of the measuring device facing away from the holding element 70 and shown only schematically in dashed lines in FIG. The sensor plates 18 of the high-frequency sensor are aligned with the underside of the housing 44 hidden in FIG. 8, so that the axis of symmetry Z of the mechanical carrier device 10, which is equal to the emission direction of the antenna arrangement, is aligned with the plane of the drawing in FIG 86 should be indicated in Figure 8.
Das erfindungsgemäße Messgerät, insbesondere ein solches handgehaltenes Ortungsgerät zurThe measuring device according to the invention, in particular such a hand-held locating device for
Detektion von in einem Medium eingeschlossenen Objekten, weist eine Mehrfachsensorik, insbesondere eine Hochfrequenzsensorik, beispielsweise eine oder mehrere Radarantennen in einem Frequenzbereich zwischen ca. 1 und 5 GHz auf. Darüber hinaus besitzt das erfindungsgemäße Messgerät einen induktiven Sensor zu Ortung metallischer Gegenstände. Die Hochfrequenzsensorbleche sowie die Spulenanordnungen des induktiven Sensors werden von einer mechanischen Trägereinrichtung relativ zueinander und zudem auch insgesamt als Multisensoreinheit im Gehäuse des Messgeräts positioniert. Dabei kann die mechanische Trägereinrichtung direkt auf einer Trägerplatine des Messgerätes befestigt werden, die weitere elektronische Ansteuerelemente zum Betrieb des Messgeräts aufweist. Weitere Sensorik, wie beispielsweise kapazitive Sensoren, Netzspannungsdetektoren, die kapazitiv und passiv, d. h. ohne Erzeugung eines elektrischen Felds, das Wechselspannungsfeld einer Netzspannungsleitung erfassen können, sowie auch ein oder mehrere kapazitive Hochfrequenzdetektoren können an entsprechenden Aufnahmen der mechanischen Trägereinrichtung 10 bzw. einer zugeordneten Trägerplatine derart angeordnet werden, dass jeder Sensor dieser Mehrfachsensorik den gleichen Messort besitzt, was zu einer genaueren Aussage über das aufgefundene, detektierte Objekt führt.Detection of objects enclosed in a medium has a multiple sensor system, in particular a high-frequency sensor system, for example one or more radar antennas in a frequency range between approximately 1 and 5 GHz. In addition, the measuring device according to the invention has an inductive sensor for locating metallic objects. The high-frequency sensor plates and the coil arrangements of the inductive sensor are positioned by a mechanical carrier device relative to each other and also as a whole as a multi-sensor unit in the housing of the measuring device. In this case, the mechanical carrier device can be mounted directly on a carrier board of the measuring device, which has further electronic control elements for operating the measuring device. Other sensors, such as capacitive sensors, mains voltage detectors, the capacitive and passive, ie without generating an electric field, can detect the AC voltage field of a mains voltage line, as well as a or A plurality of capacitive high-frequency detectors can be arranged on corresponding receptacles of the mechanical support device 10 or an associated support board such that each sensor of this multiple sensor system has the same measurement location, which leads to a more accurate statement about the detected, detected object.
Aufgrund der als Multifunktionshalter ausgebildeten mechanischen Trägereinrichtung ist ein kompaktes, servicefreundliches Messgerät mit einer mechanisch stabilen Sensoranordnung realisierbar.Due to the designed as a multi-functional holder mechanical support device is a compact, service-friendly measuring device with a mechanically stable sensor arrangement can be realized.
Die erfindungsgemäße mechanische Trägereinrichtung sowie ein entsprechendes Messgerät, insbesondere ein Ortungsgerät mit einer erfϊndungsgemäßen mechanischen Trägereinrichtung sind nicht auf die in den Zeichnungen und der Beschreibung aufgeführten Ausführungsbeispiele beschränkt.The mechanical support device according to the invention and a corresponding measuring device, in particular a locating device with a mechanical support device according to the invention, are not restricted to the exemplary embodiments listed in the drawings and the description.
Insbesondere ist ein derartiges Messgerät nicht auf die in den Ausführungsbeispielen dargestellten unterschiedlichen Sensortypen beschränkt. Weitere Sensoren, wie beispielsweise Infrarotsensoren, Ultraschallsensoren oder dergleichen können ebenfalls an oder in der mechanischen Trägereinrichtung integriert sein. In particular, such a measuring device is not limited to the different sensor types shown in the exemplary embodiments. Other sensors, such as infrared sensors, ultrasonic sensors or the like may also be integrated on or in the mechanical support means.

Claims

Ansprüche claims
1. Mechanische Trägereinrichtung (10) für zumindest ein Sensorblech (18) einer Vorrichtung zum Senden und/oder Empfangen elektromagnetischer HF-Signale, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (10) als Wickelkörper (24,26) zumindest einer Spule (32,32',32";34,34',34";36,36',36") eines induktiven Sensors ausgebildet ist.1. A mechanical carrier device (10) for at least one sensor plate (18) of a device for transmitting and / or receiving electromagnetic RF signals, characterized in that the carrier device (10) as a winding body (24,26) at least one coil (32,32 ', 32 ", 34, 34', 34", 36, 36 ', 36 ") of an inductive sensor.
2. Trägereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein als Spule (32,32',32";34,34',34";36,36',36") dienendes Leiterschleifensystem das2. Carrier device according to claim 1, characterized in that at least one coil (32, 32 ', 32 ", 34, 34', 34", 36, 36 ', 36 ") serving conductor loop system the
Trägerelement (10) in Umfangsrichtung umgibt.Carrier element (10) surrounds in the circumferential direction.
3. Trägereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von als Spulen (32,32',32";34,34',34";36,36',36") dienenden Leiter- Schleifensystemen konzentrisch zu einer Symmetrieachse Z der Träger-einrichtung3. Carrier device according to claim 1 or 2, characterized in that a plurality of coils (32, 32 ', 32 ", 34, 34', 34", 36, 36 ', 36 ") serving conductor loop systems concentric to a Symmetry axis Z of the carrier device
(10) angeordnet sind.(10) are arranged.
4. Trägereinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterschleifensysteme in axialer Richtung der Symmetrieachse Z höhenversetzt zueinander angeordnet sind.4. Support device according to claim 3, characterized in that the conductor loop systems are arranged offset in height in the axial direction of the axis of symmetry Z to each other.
5. Trägereinrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Symmetrieachse Z der Trägereinrichtung (10) der Abstrahlungsrichtung des zumindest einen Sensorblechs (18) entspricht.5. Carrier device according to claim 3 or 4, characterized in that the axis of symmetry Z of the carrier device (10) corresponds to the emission direction of the at least one sensor plate (18).
6. Trägereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (10) zumindest eine Aufnahme für zumindest einen weiteren Sensor, insbesondere einen AC-Sensor aufweist.6. Carrier device according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier device (10) has at least one receptacle for at least one further sensor, in particular an AC sensor.
7. Trägereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (10) mechanisch mit zumindest einer Trägerplatine (20,38) verbunden ist, auf der zumindest ein weiteres Element eines Sensors (40) vorgesehen ist. 7. Carrier device according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier device (10) is mechanically connected to at least one carrier board (20,38) on which at least one further element of a sensor (40) is provided.
8. Trägereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (10) elektrisch mit der zumindest einen Trägerplatine (20,38) kontaktiert ist.8. carrier device according to claim 7, characterized in that the carrier device (10) is electrically contacted with the at least one carrier board (20,38).
9. Trägereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (10) als Führungselement (26,27) zumindest einer Verbindungsachse (28) zweier Wälzkörper (52,54,56,58) ausgebildet ist.9. carrier device according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier device (10) as a guide element (26,27) at least one connecting axis (28) of two rolling bodies (52,54,56,58) is formed.
10. Trägereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (10) im wesentlichen rohrförmig, insbesondere mit rechteckigem Querschnitt, ausgebildet ist, wobei dass mindestens eine Sensorblech (18) im Innenraum (14) der Trägereinrichtung und die mindestens eine Spule (32,32',32";34,34',34";36,36',36") außerhalb dieses Innenraums (14) angeordnet ist.10. Carrier device according to one of the preceding claims, characterized in that the carrier device (10) is substantially tubular, in particular with a rectangular cross-section, wherein at least one sensor plate (18) in the interior (14) of the carrier device and the at least one coil (32, 32 ', 32 ", 34, 34', 34", 36, 36 ', 36 ") is arranged outside this interior space (14).
11. Messgerät mit Mehrfachsensorik, insbesondere ein handgehaltenes Ortungsgerät (80) zur Detektion von in einem Medium eingeschlossenen Objekten, mit einer Vorrichtung zum Senden und / oder Empfangen elektromagnetischer HF-Signale, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät (80) zumindest eine Trägereinrichtung11. Measuring device with multiple sensors, in particular a hand-held locating device (80) for detecting objects enclosed in a medium, with a device for transmitting and / or receiving electromagnetic RF signals, characterized in that the measuring device (80) at least one carrier device
(10) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10 aufweist.(10) according to at least one of claims 1 to 10.
12. Messgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät über eine Mehrzahl von Wälzkörpern (52,54,56,58) verfügt, die jeweils paarweise mittels einer Achse (28) verbunden sind, wobei die Achsen (28) mittels der12. A meter according to claim 11, characterized in that the measuring device has a plurality of rolling elements (52,54,56,58), which are each connected in pairs by means of an axis (28), wherein the axes (28) by means of
Trägereinrichtung (10) geführt sind. Carrier device (10) are guided.
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